用于短波红外成像光谱系统的均匀光源发生装置

摘要

本发明属于光学仪器领域，尤其涉及一种短波红外均匀光源的发生装置，光导纤维束集束构成的光导纤维束集的入射端由前端约束器约束固定，卤钨灯光源临近照射在光导纤维束集的入射端，光导纤维束集中的各光导纤维束的出光端由后端约束器固定约束，同根光导纤维束在入射端所处位置及区域与其在出光端所处位置及区域相异，光导纤维束集的出光端设置有线性菲涅尔透镜。本方案中，依据光导纤维束集的具体根数，就可以在光导纤维束集的出光端获得同样数量个点光源，这已经实现了光源的初步均化，加之同一根光导纤维束在出光端和入射端分处的区域和位置的差异，进一步均化了光源，由此为线性菲涅尔透镜提供了照度均匀、亮度满足要求的均匀光源。

说明书

技术领域

本发明属于光学仪器领域，尤其涉及一种短波红外均匀光源的发生装置。

背景技术

对于矿物样品，其特定成分对特定波长下的光波有很强的吸收作用，因此通过对样品反射光各波长下的光波强度进行测定，即可快速检测出矿物的成分组成，这即是成像光谱系统测量矿物成分的原理。对于野外矿物成分的快速检测，成像光谱系统是最佳的检测仪器。针对矿物的成分特性及其光谱吸收特性，其在检测过程需要的光源波长要涵盖900～1700nm范围，即短波红外光。如前所述，由于成像光谱系统的原理是测定样品对光波的吸收强度，因此光源需要均匀照射在样品上，否则会出现较大的测量误差；同时，需要较大的光源强度，否则成像光谱的测量系统所接受到的光强度不足也会增加测量误差。

可见，均匀的、强度足够的短波红外光源是提高检测精度的基本前提。目前对于均匀光源的获得，有很多不同的方法。最常用的是通过多个尺寸很小的点状光源，以一定的空间布置方式形成一个均匀的光源，或者结合多个透镜结构进一步提升光源的均匀性，但是这样的方法结构上较为复杂，布置起来占据空间大，同时需要有可用的点状光源。另外，还有通过使用积分球的方法，该方法技术成熟，但受限于结构，其产生的光源大小有限，同时光损耗很大，输出光强受到很大的限制。再者，还有通过导光板来提升光源的均匀性，但是这种光源亮度较低，使用的场景受限。针对矿物检测中的光源波长和光强度要求，目前市场上没有可用的均匀光源产品，也无可用的小尺寸点状光源，仅有尺寸较大的卤钨灯光源可供选择。由于成像光谱系统的尺寸限制，无法布置数量足够的卤钨灯光源来增加光源均匀性，同时使用导光板后的光强度也不足以进行测定。

发明内容

本发明的目的就是提供一种结构简单、便于将点光源均化、亮度高的用于短波红外成像光谱系统的均匀光源发生装置。

为实现上述目的，用于短波红外成像光谱系统的均匀光源发生装置，光导纤维束集束构成的光导纤维束集的入射端由前端约束器约束固定，卤钨灯光源临近照射在光导纤维束集的入射端，光导纤维束集中的各光导纤维束的出光端由后端约束器固定约束，同根光导纤维束在入射端所处位置及区域与其在出光端所处位置及区域相异，光导纤维束集的出光端设置有线性菲涅尔透镜。

上述方案中，首先是将卤钨灯光源照射到光导纤维束集，依据光导纤维束集的具体根数，就可以在光导纤维束集的出光端获得同样数量个点光源，这已经实现了光源的初步均化，加之同一根光导纤维束在出光端和入射端分处的区域和位置的差异，进一步均化了光源，由此为线性菲涅尔透镜提供了照度均匀、亮度满足要求的均匀光源，为下一步的检测提供稳定、可靠均匀的光源。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中的后端约束器的立体结构图。

具体实施方式

如图1、2所示，用于短波红外成像光谱系统的均匀条形光源发生装置，光导纤维束集束构成的光导纤维束集20的入射端由前端约束器30约束固定，卤钨灯光源10临近照射在光导纤维束集20的入射端，光导纤维束集20中的各光导纤维束的出光端由后端约束器40固定约束，同根光导纤维束在入射端所处位置及区域与其在出光端所处位置及区域相异，光导纤维束集20的出光端设置有线性菲涅尔透镜50。

上述方案中的光导纤维束集20是指由适当根数的单根光导纤维束集合构成的，具体根数要视被照射范围而定。光导纤维束集20的出光端通过布置一块线性菲涅尔透镜50，使光源在相应区域方位内汇聚，在不改变卤钨灯光源的情况下，可以增加产生的光亮照射区域的光源的光强度，提升光源利用效率，并可通过调整线性菲涅尔透镜50与光导纤维束集20的出光端之间的距离，灵活调整均匀照射区域的光斑轮廓与强度。所述卤钨灯光源10可提供包含900～1700nm波长范围的光波，其发射出的光波近似以平行射入光导纤维中，保证光波可以满足光导纤维的入射角度要求。

本发明的核心在于同根光导纤维束21在入射端所处位置及区域与其在出光端所处位置及区域相异，也就是说将光导纤维束集20中的某根光导纤维束21在入射端所处位置及区域在出光端可能变化，当其在入射端处于边缘位置时，在出光端就应当合理定位在中部，或至少其周围临近的光导纤维束21的区域和位置进行换位，也就是说，每根光导纤维21在入射端和出光端的相邻的光导纤维21关系要发生变化，目的是使各光导纤维束21构成的光导纤维束集20呈现的光亮区域内的照度是均匀的。

优选方案的方案就是光导纤维束集20中的各光导纤维束21在出光端所处位置及区域与其在入射端所处位置及区域相比为重新均匀混布的状态。也就是说，原本位于入射端中部的光导纤维束21在出光端则被分散到边缘部位，原本位于入射端边缘的光导纤维束21则分置在出光端中部区域，且入射端原本紧邻布置的在出光端被分割开了，如此便可以实现最佳的均化光源的效果。

如检测样品通过传送带输送到成像光谱系统中进行扫瞄检测，因此成像光谱系统的光源形状选择条带形为最佳，相应的后端约束器40约束光导纤维束集20为条带状区域。这样，条带状区域的光源在长度方向应该刚好布满整个传送带的宽度，光源宽度在10mm左右即可，这样可以增强产生的光源强度，最有效的利用光源。

具体的来讲，所述的后端约束器40为方形块体状，其上均布有贯穿块体的通孔41，每根光导纤维束插置并固定在通孔41中。

构成点光源的光导纤维束采取均匀交叉的布置方式，进一步提升光源的均匀性。

所述的卤钨灯光源10上罩置有反光灯罩11，反光灯罩11提供的反射光以平行光速照射到光导纤维束集20的入射端。

反光灯罩11、前端约束器30设置在前支架60上，后端约束器40连接在支架板42上，支架板42上还连接线性菲涅尔透镜50。这样保证了元件之间相对位置的稳定性。

支架板42的段边侧上设置有耳轴或销孔421与后支架70铰接连接并配合设置锁定单元，可以根据需光位置的需要，手动调整装夹结构的偏转角度并将其锁定在适当位置上。

本发明中，所述光导纤维材料为常用的光纤，其适用的光波波长范围与本发明中的波长范围较为吻合，虑到本发明中的光传导距离很短，因此传导过程中的损失很小。

本发明中的卤钨灯光源10与光导纤维束集20相适配的方案，实质上就是通过光导纤维束21将尺寸较大的卤钨灯光源10分为数十个点状光源，解决本发明波长范围内无可用的点状光源问题。